一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法技术

一种高水氧分子阻隔的电化学储能器件外壳封口方法，采用大气压等离子体对电化学储能器件壳体进行表面清洗，采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式在电化学储能器件外壳封口表面形成高氧气分子阻隔性聚合物膜；采用原子层沉积或气相沉积等方式，在电化学储能器件封口表面沉积一层氧化物膜；采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式沉积高疏水性聚合物膜；重复0～2次)氧化物膜和高疏水性聚合物膜的交替沉积，得到高水氧分子阻隔的电化学储能器件。优点是：该方法对电化学储能器件外壳封口对水氧分子具有优异的阻隔能力，可以满足在50℃～85℃、环境湿度65％RH～85％RH条件下的电化学储能器件对水氧分子阻隔能力的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法
本专利技术属于电化学储能器件制备领域，涉及一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法。特别涉及一种使用温度在50℃～85℃、环境湿度65％RH～85％RH条件下使用，锂系电池、超级电容器等电化学储能器件外壳用高水氧分子阻隔的封口方法。
技术介绍
锂系电池(锂电池和锂离子电池等)、超级电容器等电化学储能器件在新能源发电、电动汽车和智能电网改造等领域具有广阔的应用前景。水氧分子会极大降低有机溶剂系电化学储能器件的循环使用寿命、充放电效率和安全性等。为此，该类电化学储能器件在组装过程中通常在水氧分子含量＜10ppm的氩气等惰性气氛手套箱中进行，并且采用金属(不锈钢、铝等)和聚合物/无机物(氧化硅、氧化铝和氮化硅等)复合膜等高水氧分子阻隔性能材料作为其外壳。为了防止电解液外漏、阻隔水氧分子和防止正负极接触而短路等问题，电化学储能器件外壳通常采用聚合物材料的密封圈、密封垫或密封胶等，在机械加压、热压或反应固化等条件下进行封口。一般电化学储能器件的外壳主要是纽扣式、柱状和软包装等形状。对于金属外壳电化学储能器件正负极外壳之间的封口，CN201810026124.5采用聚四氟乙烯绝缘密封圈与正负极铝壳端盖，通过辊槽工艺形成压缩比进行密封。聚四氟乙烯密封圈与铝壳本身虽然有较好的水氧分子阻隔能力，但接触面属于物理接触，两者表面性质差异显著，难以形成良好的密封界面。而且两者热膨胀系数不同，随着温度和时间的变化，在应力的作用下，两者接缝处水氧分子的阻隔能力会降低，难以满足较高温度、湿度条件下对水氧分子的阻隔要求。CN201320367684.X在正极金属壳体和密封圈外侧包覆聚合物/无机物复合膜密封阻隔膜，来提高能保护壳体耐腐蚀和水氧分子阻隔能力。但该方法中的密封阻隔膜与金属壳体间仍然需要用聚合物黏结剂进行黏接，而且复合膜包覆过程中机械力弯折、拉伸等，会造成无机物阻隔层出现破损或裂纹。因此，无法阻止较高温度、湿度条件下水氧分子进入到电池内部。对于软包装电化学储能器件等涉及引线和电化学储能器件壳体之间的封口，CN201721697482.6采用横向热封于金属导体上的高分子绝缘膜，提高了自身金属导体与高分子绝缘膜的附着力，使两者粘合更稳固，从而改善了电池的水氧分子阻隔能力。CN201810128699.8将埋有编织状引线的聚合物层作为中间层，然后用工业胶水将表层与中间层连接，提高引线和柱状锂离子电池壳体的密封性能。CN201711043115.9以高水氧分子阻隔能力的玻璃基底复合膜作为封装膜，保护电池的充放电的稳定性。上述方法中使用的壳体或封口材料均具有良好的水氧分子阻隔性能，但是上述方法需要用密封胶、密封圈和密封垫等聚合物材料对封口进行密封。在不同温度、湿度条件下，聚合物密封层会出现蠕变、老化和应力变化等状况，导致其较高温度、湿度条件下其水氧分子阻隔能力会急剧下降。综上所述，目前电化学储能器件的外壳的封口材料，通常采用密封胶、密封圈或密封垫等聚合物材料，并采用光固化、交联固化或机械力等方法进行封口。但聚合物封口材料在50℃～85℃较高的温度和65％RH～85％RH较大的环境湿度条件下，会出现聚合物分子链的蠕变性增加、分子间距离增加和应力变化等问题，降低电化学储能器件外壳的水氧分子阻隔能力，导致电化学储能器件的循环使用寿命降低。因此，采用聚合物材料对电化学储能器件外壳进行封口，无法满足在50℃～85℃、环境湿度65％RH～85％RH条件下，电化学储能器件对水氧分子阻隔能力的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法。该方法封口的电化学储能器件外壳，对水氧分子具有优异的阻隔能力。可满足在50℃～85℃、环境湿度65％RH～85％RH条件下，电化学储能器件外壳对水氧分子阻隔能力的要求。本专利技术的技术解决方案是：一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法，其具体步骤是：1)、高氧气阻隔性聚合物膜的制备采用大气压等离子体表面清洗将电化学储能器件壳体进行表面清洗，去除表面残留的蜡、油渍、油脂、有机溶剂、碳氢分子或硅氧树脂等表面污染物；采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式在电化学储能器件外壳封口处表面形成均匀、平整的高氧气分子阻隔性聚合物膜；所述高氧气分子阻隔性聚合物膜为聚乙烯醇膜、环氧丙烯酸酯树脂膜、光固化树脂膜或乙烯-乙烯醇共聚物膜；2)、氧化物膜的沉积将步骤1)经高氧气分子阻隔性聚合物膜覆膜处理后的电化学储能器件外壳封口，采用原子层沉积或气相沉积等方式，在电化学储能器件外壳的封口表面沉积一层高水氧分子阻隔性能氧化物膜；所述高水氧分子阻隔性能氧化物膜为氧化铝膜、氧化钛膜、氧化硅膜或其复合氧化物膜(如氧化钛/氧化铝复合氧化物膜)；3)、高疏水性聚合物阻隔膜的制备将步骤2)经过氧化物沉积处理后的电化学储能器件外壳的封口表面，采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式沉积高疏水性聚合物膜；所述的高疏水性聚合物膜为聚偏氟乙烯膜、聚偏二氯乙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜；4)、多层聚合物/无机物复合阻隔膜的制备将步骤3)经高疏水性聚合物膜沉积的电化学储能器件进行0～2次步骤2)高水氧分子阻隔性能氧化物膜和步骤3)高疏水性聚合物膜的交替沉积，得到高水氧分子阻隔膜封口外壳的电化学储能器件。进一步的，步骤2)所述高氧气分子阻隔性聚合物膜的厚度为10nm～50nm。进一步的，步骤3)所述高水氧分子阻隔性能氧化物膜的厚度为50nm～100nm。进一步的，步骤4)所述高疏水性聚合物膜厚度为10nm～100nm。进一步的，步骤4)所述高疏水性聚合物膜为聚偏氟乙烯膜、聚偏二氯乙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。进一步的，步骤1)中大气压等离子体表面清洗时，清洗功率为100W～200W，处理时间为10s～30s，处理间距为3mm～5mm。进一步的，步骤3)沉积方式为热原子层沉积、等离子体辅助原子层沉积、气相沉积、磁控反应溅射、电子束蒸镀或离子电镀。进一步的，步骤2)、步骤3)进行覆膜时，去除距上一层覆膜边缘1mm外的高水氧分子阻隔性能氧化物膜、高疏水性聚合物膜。进一步的，所述的电化学储能器件外壳为纽扣式、卷绕柱状或软包装袋状。进一步的，所述高水氧分子阻隔的电化学储能器件在50℃～85℃、环境湿度65％RH～85％RH环境下，1000次充放电后电解液中水氧分子含量＜100ppm。该高水氧分子阻隔的电化学储能器件组装时电解液中水含量初始值为10ppm，氧分子含量为10ppm。本专利技术首先，为了提高电化学储能器件外壳封口的氧分子阻隔能力，且提高外壳封口表面的平整性，采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂等技术，在电化学储能器件外壳封口形成均匀、平整的高氧气阻隔性能聚合物膜。接着，通过原子层沉积、气相沉积、磁控反应溅射、电子束蒸镀或离子电镀等方法，在电化学储能器件外壳封口表面沉积氧化物膜。然后，采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂等方法，在电化学储能器件外壳封口表面形成均匀、平整和致密的高疏水性聚合物膜。最后，根据电化学储能器件的水氧分子阻隔性能要求反复、多次进行氧化物膜和聚合物膜的复合。其有益效果是：1、电化学储能器件外壳封口覆盖聚合物/氧化物复合阻隔层，可以避免单纯采用聚合物密封胶进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法，其特征是：具体步骤是：1)、高氧气阻隔性聚合物膜的制备采用大气压等离子体将电化学储能器件壳体进行表面清洗，去除表面残留的污染物；采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式，在电化学储能器件外壳封口表面形成一层高氧气分子阻隔性聚合物膜；所述高氧气分子阻隔性聚合物膜为聚乙烯醇膜、环氧树脂膜、光固化树脂膜或乙烯‑乙烯醇共聚物膜；2)、氧化物膜的沉积将步骤1)经高氧气分子阻隔性聚合物膜覆膜处理后的电化学储能器件外壳封口，采用原子层沉积或气相沉积的方式，在电化学储能器件外壳的封口表面沉积一层高水氧分子阻隔性能氧化物膜；所述高水氧分子阻隔性能氧化物膜为氧化铝膜、氧化钛、氧化硅膜或其复合氧化物膜；3)、高疏水性聚合物阻隔膜的制备将步骤2)经过氧化物沉积处理后的电化学储能器件外壳的封口表面，采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式沉积高疏水性聚合物膜；所述的高疏水性聚合物膜为聚偏氟乙烯膜、聚偏二氯乙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜；4)、多层聚合物/无机物复合阻隔膜的制备将步骤3)经高疏水性聚合物膜沉积的电化学储能器件进行0～2次步骤2)高水氧分子阻隔性能氧化物膜和步骤3)高疏水性聚合物膜的交替沉积，得到高水氧分子阻隔膜封口外壳的电化学储能器件。...

【技术特征摘要】
1.一种高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法，其特征是：具体步骤是：1)、高氧气阻隔性聚合物膜的制备采用大气压等离子体将电化学储能器件壳体进行表面清洗，去除表面残留的污染物；采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式，在电化学储能器件外壳封口表面形成一层高氧气分子阻隔性聚合物膜；所述高氧气分子阻隔性聚合物膜为聚乙烯醇膜、环氧树脂膜、光固化树脂膜或乙烯-乙烯醇共聚物膜；2)、氧化物膜的沉积将步骤1)经高氧气分子阻隔性聚合物膜覆膜处理后的电化学储能器件外壳封口，采用原子层沉积或气相沉积的方式，在电化学储能器件外壳的封口表面沉积一层高水氧分子阻隔性能氧化物膜；所述高水氧分子阻隔性能氧化物膜为氧化铝膜、氧化钛、氧化硅膜或其复合氧化物膜；3)、高疏水性聚合物阻隔膜的制备将步骤2)经过氧化物沉积处理后的电化学储能器件外壳的封口表面，采用旋涂、浸涂、辊涂或喷涂的方式沉积高疏水性聚合物膜；所述的高疏水性聚合物膜为聚偏氟乙烯膜、聚偏二氯乙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜；4)、多层聚合物/无机物复合阻隔膜的制备将步骤3)经高疏水性聚合物膜沉积的电化学储能器件进行0～2次步骤2)高水氧分子阻隔性能氧化物膜和步骤3)高疏水性聚合物膜的交替沉积，得到高水氧分子阻隔膜封口外壳的电化学储能器件。2.根据权利要求1所述的高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法，其特征是：步骤2)所述高氧气分子阻隔性聚合物膜的厚度为10nm～50nm。3.根据权利要求1所述的高水氧分子阻隔性电化学储能器件用外壳的封口方法，其特征是：步骤3)所述高水氧分子阻隔性能氧化物膜的厚度为50nm～...

【专利技术属性】
技术研发人员：何铁石，白天娇，王旭民，贾瑞，于晓东，付一然，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21